Domestication des plantes : sélection et amélioration

Plante sauvage et plante domestiquée, traits de domestication et défenses perdues, téosinte et maïs, blé et polyploïdie, création de variétés et semences, uniformité génétique et maladies, effets de la domestication sur l’humain.

À propos de cette page

Six problèmes sur documents : le pois sauvage et le pois cultivé, le rachis non fragile du blé et la sélection inconsciente, le gène tb1 et l’architecture du maïs, le triticale créé par croisement et colchicine, le maïs Bt face aux pyrales et aux zones refuges, l’uniformité des variétés de blé face à une nouvelle souche de rouille.

6 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Comparer caractère par caractère la forme sauvage et la forme cultivée, en citant les valeurs des documents.
Donner l’intérêt de chaque forme : pour la plante dans la nature, puis pour l’agriculteur au champ.
Remonter aux gènes et aux chromosomes : protéine ou expression changée, nombre de gènes, lots de chromosomes et homologues d’un hybride.
Calculer avec méthode : rapport de deux valeurs, écart relatif = (nouvelle − ancienne) ÷ ancienne, part du donneur = (1/2)ⁿ⁺¹ après n rétrocroisements, somme des surfaces qui partagent un même gène.
Conclure sur l’action humaine : sélection empirique ou programmée, croisement ou génie génétique, et ses conséquences (dépendance, diversité réduite, vulnérabilité).

Problème 1 · Le pois, du sauvage au cultivé★★★Facile

Document 1 — Deux pois comparés. Une population de pois sauvage (Pisum sativum subsp. elatius) du Proche-Orient et une variété de pois cultivé.

Caractère	Pois sauvage	Pois cultivé
Gousse à maturité	s’ouvre brusquement et projette les graines	reste fermée sur la plante
Tégument de la graine	épais, imperméable	fin
Graines germées 10 jours après le semis	12 %	94 %
Masse de 100 graines	7,5 g	21 g

Document 2 — Au champ. Les premiers agriculteurs récoltaient les gousses restées sur la plante, puis semaient une partie des graines récoltées l’année suivante.

1. Chez le pois sauvage, la gousse qui s’ouvre brusquement assure la des graines
La dispersion : la plante colonise seule de nouveaux emplacements, loin de la plante mère.
2. Tégument imperméable et 12 % de graines germées : chez le pois sauvage, les graines d’une même année germent de façon
De façon échelonnée : une sécheresse ou un gel ne détruit pas toute la descendance.
3. Masse moyenne d’une graine de pois cultivé : g
$21 \div 100 =$ 0,21 g (contre $7, 5 \div 100 = 0, 075$ g chez le pois sauvage).
4. Une graine de pois cultivé est en moyenne fois plus lourde qu’une graine de pois sauvage
$\frac{0, 21}{0, 075} =$ 2,8 : davantage de réserves par graine, donc un meilleur rendement.
5. Le caractère qui rend possible une récolte complète est la gousse qui reste
La gousse fermée : les graines attendent la récolte au lieu de tomber au sol. Ce sont les seules que l’agriculteur pouvait récolter, puis semer : leur allèle a été sélectionné.
6. Le pois cultivé se maintiendrait mal seul : il dépend de l’humain pour être récolté, décortiqué et
Semé : sans intervention, ses graines restent dans les gousses et germent ou pourrissent au pied de la plante, toutes à la fois.

Problème 2 · Le rachis non fragile : une sélection inconsciente★★★Moyen

Document 1 — Deux cicatrices. Chez les céréales sauvages, l’épi mûr se désarticule : chaque épillet se détache seul en laissant une cicatrice lisse. Chez les formes domestiquées, l’épi reste entier ; au battage, l’épillet est arraché et sa cicatrice est rugueuse.

Document 2 — Sites archéologiques du Proche-Orient (données simplifiées).

Âge des restes (années avant le présent)	10 700	10 000	9 300	8 600	7 900
Épillets de blé à cicatrice rugueuse	6 %	22 %	41 %	72 %	93 %

Document 3 — Génétique et pratiques. Le rachis non fragile est dû à des allèles non fonctionnels de gènes contrôlant la désarticulation ; il ne s’exprime que chez les plantes homozygotes pour ces allèles. Les premiers agriculteurs récoltaient parfois avant la pleine maturité, ramassaient aussi des épillets tombés au sol, et complétaient souvent leurs semences par des grains cueillis dans des peuplements sauvages voisins.

1. Une cicatrice rugueuse signale un épillet de plante
De plante domestiquée, à rachis non fragile : l’épillet n’a été séparé que par le battage, qui l’arrache.
2. Entre 9 300 et 8 600 ans avant le présent, la part des épillets à cicatrice rugueuse gagne points
$72 - 41 =$ 31 points en 700 ans : c’est dans cet intervalle que les épis non fragiles deviennent majoritaires (la proportion franchit 50 %).
3. Durée de l’évolution enregistrée de 6 % à 93 % : ans
$10 700 - 7 900 =$ 2 800 ans : la domestication du blé se compte en millénaires.
4. Récoltés à la faucille, les épis mûrs fragiles ont déjà perdu leurs grains : la récolte contient proportionnellement plus de grains de plantes
De plantes non fragiles, dont une partie est semée : l’année suivante, leur proportion augmente. Personne ne le cherche : c’est une sélection inconsciente.
5. Les grains cueillis dans les peuplements sauvages voisins réintroduisent chaque année des allèles « »
Des allèles « fragile » : ce flux ralentit l’évolution, comme la récolte avant maturité ou le ramassage des épillets tombés.
6. Allèle exprimé chez les seuls homozygotes : un mutant hétérozygote, encore rare, reste et échappe à la sélection
Il reste invisible : son épi se désarticule comme celui d’une plante sauvage.
7. À l’état sauvage, une plante à rachis non fragile laisse une descendance très
Très réduite : ses grains restent sur l’épi ou tombent groupés au pied de la plante. Le caractère est éliminé par la sélection naturelle et n’existe qu’à très faible fréquence.

Problème 3 · Le gène tb1 et l’architecture du maïs★★★Moyen

Document 1 — Deux architectures.

Plante	Ramifications latérales	Extrémité des ramifications
Téosinte	8 à 11, longues	une inflorescence mâle
Maïs	très courtes	un épi femelle

Document 2 — Expression du gène. Quantité relative d’ARNm du gène tb1 dans les bourgeons latéraux : téosinte 1,0 ; maïs 2,3.

Document 3 — Un mutant et les deux allèles. Un maïs mutant dont le gène tb1 est non fonctionnel développe de longues ramifications latérales terminées par des inflorescences mâles. Les allèles de tb1 du maïs et de la téosinte codent des protéines TB1 identiques ; ils diffèrent par une séquence régulatrice située en amont du gène (données simplifiées).

1. Le mutant au gène tb1 non fonctionnel a l’architecture de la
De la téosinte : il ne diffère du maïs que par ce gène. Une protéine TB1 fonctionnelle est donc nécessaire pour limiter la croissance des ramifications.
2. Écart relatif de la quantité d’ARNm de tb1 du maïs par rapport à la téosinte : + %
$\frac{2, 3 - 1, 0}{1, 0} = 1, 3$ : 130 % de plus dans les bourgeons latéraux du maïs.
3. Les protéines étant identiques, la différence d’architecture vient de l’ du gène
De l’expression : plus d’ARNm, donc plus de protéine TB1, dont l’effet inhibiteur sur les bourgeons est plus fort.
4. Plus abondante dans les bourgeons latéraux, la protéine TB1 leur développement
Elle le freine : les ramifications restent courtes. La différence d’expression vient de la séquence régulatrice propre à chaque allèle.
5. Les cultivateurs voyaient les plantes, pas les gènes : leur sélection portait sur le
Sur le phénotype : des plantes compactes, aux épis gros et groupés, plus faciles à récolter.
6. En ressemant les grains de ces plantes, ils ont augmenté la fréquence de l’allèle « » de tb1
De l’allèle « maïs » : la sélection porte sur le phénotype mais change les fréquences alléliques.

Problème 4 · Le maïs Bt et ses ravageurs★★★Moyen

Document 1 — Un gène bactérien. La bactérie du sol Bacillus thuringiensis produit une protéine Cry, toxique pour les chenilles de certains papillons comme la pyrale du maïs, mais inoffensive pour les mammifères. Le gène cry a été introduit dans le génome du maïs (maïs Bt).

Document 2 — Pertes de récolte dues à la pyrale (données simplifiées) : maïs non transgénique non traité 13,4 % ; maïs Bt 1,8 %.

Document 3 — Fréquence des pyrales résistantes à la toxine après 8 années de maïs Bt (données simplifiées) : sans zone refuge, elle passe de 0,1 % à 34 % ; avec une zone refuge (20 % de la surface cultivée en maïs non Bt, à proximité), de 0,1 % à 0,6 %. L’allèle de résistance des pyrales est récessif.

1. Pour être exprimé dans le maïs, le gène cry est associé à un actif dans les cellules végétales
Un promoteur : une séquence régulatrice reconnue par la cellule végétale.
2. La bactérie du sol souvent utilisée pour faire entrer la construction dans les cellules de la plante est
Agrobacterium tumefaciens ; on régénère ensuite des plantes entières par culture in vitro, puis on transfère le transgène dans des variétés performantes par croisements.
3. Réduction relative des pertes permise par le maïs Bt : % (à l’unité)
$\frac{13, 4 - 1, 8}{13, 4} = \frac{11, 6}{13, 4} \approx 0, 866$ : environ 87 %.
4. Sans zone refuge, la fréquence des pyrales résistantes est multipliée par en 8 ans
$\frac{34}{0, 1} =$ 340.
5. Cette augmentation résulte d’une sélection exercée par la toxine sur les pyrales
Une sélection naturelle : les résistantes, déjà présentes par mutation, survivent et se reproduisent.
6. Les rares résistantes s’accouplent surtout avec les pyrales sensibles de la zone refuge : leurs descendants, hétérozygotes, sont
Sensibles, car l’allèle de résistance est récessif : ils meurent sur le maïs Bt, et les pyrales résistantes restent rares (0,6 %).
7. Contrairement à la sélection classique, la transgénèse agit sur un gène , en quelques années
Un gène ciblé, venu d’une autre espèce ; la sélection classique brasse des génomes entiers d’espèces proches, sur de nombreuses générations.

Problème 5 · Le triticale, une céréale créée par l’humain★★★Difficile

Document 1 — Les parents. Blé dur (Triticum durum) : génomes AABB, $2 n = 28$ . Seigle (Secale cereale) : génome RR, $2 n = 14$ . Chaque génome correspond à un lot de 7 chromosomes.

Document 2 — L’obtention (données simplifiées). Les embryons issus du croisement blé dur × seigle, qui avortent souvent, sont cultivés in vitro. Les plantes obtenues ont 21 chromosomes et ne produisent aucun grain. Traitées à la colchicine, substance qui empêche la formation du fuseau de division, certaines donnent des plantes à 42 chromosomes, qui produisent en moyenne 31 grains par épi. Ces plantes, le triticale, croisées avec le blé dur ou avec le seigle, donnent des descendants très peu fertiles.

Document 3 — Les caractères.

Plante	Principaux caractères
Blé dur	grain riche en protéines ; exigeant en sol et en climat
Seigle	rustique : résiste au froid, tolère les sols pauvres et acides
Triticale	grain proche de celui du blé ; rusticité proche de celle du seigle ; utilisé surtout pour l’alimentation animale

1. Le blé dur produit des gamètes AB à chromosomes
$28 \div 2 =$ 14 : 7 du génome A et 7 du génome B.
2. Le seigle produit des gamètes R à chromosomes
$14 \div 2 =$ 7.
3. L’hybride ABR a chromosomes
$14 + 7 =$ 21, chacun en un seul exemplaire : à la méiose, aucun ne peut s’apparier, d’où l’absence de grains.
4. Après le traitement à la colchicine, la formule du triticale est
AABBRR, $2 n = 6 x = 42$ : la cellule a dupliqué ses chromosomes sans se diviser.
5. Avec 31 grains par épi en moyenne, on déduit que la méiose du triticale est
Normale : chaque chromosome a un homologue, les gamètes ABR sont équilibrés.
6. Croisé avec ses parents, le triticale donne des descendants très peu fertiles : il est de ses parents sur le plan reproductif
Isolé : fertile entre individus et isolé de ses parents, le triticale est une espèce nouvelle.
7. Le triticale n’est pas un OGM : il réunit des génomes entiers, sans modification d’une séquence d’ADN
Sans modification directe de l’ADN. Et « il n’existe pas dans la nature » vaut pour presque toutes les plantes cultivées, qui ne sont pas des OGM.
8. Sa rusticité permet de cultiver une céréale avec moins d’ là où le blé réussit mal
Moins d’intrants, sur des sols pauvres ou acides et dans des régions froides ; sa qualité boulangère, inférieure à celle du blé, limite son usage.

Problème 6 · Uniformité des variétés et épidémie★★★Difficile

Document 1 — Concentration (données fictives). Part de la surface de blé d’un pays occupée par les cinq variétés les plus cultivées : 27 % en 1965, 54 % en 1990, 81 % en 2015.

Document 2 — Les cinq variétés en 2015. En 2016 apparaît une nouvelle souche de rouille jaune, champignon parasite des feuilles, capable de contourner la résistance due au gène R1.

Variété	V1	V2	V3	V4	V5
Part de la surface nationale de blé	24 %	19 %	14 %	13 %	11 %
Gène de résistance à la rouille jaune	R1	R1	R1	R7	R1

Document 3 — La banque de graines. 340 échantillons de la banque de graines nationale sont testés face à cette souche : 29 sont résistants, dont 17 variétés locales anciennes et 12 espèces sauvages apparentées au blé.

1. La part de la surface occupée par les cinq premières variétés est multipliée par entre 1965 et 2015
$\frac{81}{27} =$ 3 : la culture se concentre sur des variétés élites, homogènes et très productives.
2. Part de la surface nationale de blé menacée par la nouvelle souche : %
Variétés à R1 : V1, V2, V3 et V5, soit $24 + 19 + 14 + 11 =$ 68 %.
3. Parmi les cinq variétés, seule la variété échappe à coup sûr à la nouvelle souche
V4 (13 %), protégée par R7 : une diversité de gènes de résistance aurait limité les pertes.
4. Part des échantillons résistants de la banque : % (au dixième)
$\frac{29}{340} \approx 0, 085$ : environ 8,5 % (et $17 + 12 = 29$ ).
5. Les échantillons résistants viennent de variétés locales anciennes et d’espèces sauvages au blé
D’espèces apparentées : on transférera leur résistance par croisements et rétrocroisements, ou par génie génétique.
6. Ne garder que les dix variétés les plus productives serait une erreur : une banque de graines conserve la diversité, pas la
Pas la performance du moment : les variétés élites, proches entre elles, partagent souvent les mêmes allèles, comme R1 ici. Les allèles utiles demain sont dans les variétés locales et les espèces sauvages.

Bloqué sur ce chapitre ?

Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.

Réserver un 1^er cours → Voir les tarifs

Soutien scolaire à Marseille · Cours particuliers au collège · Aide aux devoirs